CN104689490A - 多叶光栅的校零复位控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多叶光栅的校零复位控制系统及控制方法，其中，系统包括：叶片框和叶片；直线电机，直线电机具有至少一个霍尔传感器检测叶片的位置；连杆；撞块；用于驱动直线电机通过连杆驱动叶片运动的驱动器；用于控制驱动器与检测驱动器的采样电流，并根据采样电流判断撞块是否与叶片框发生碰撞的控制器，以及在发生碰撞时，根据叶片的当前位置进行复位。本发明实施例提出的系统不但结构简单、校零复位精度高，而且自动化程度高、成本低，提高了用户的使用体验。

Description

多叶光栅的校零复位控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及医疗电子技术领域，特别涉及一种多叶光栅的校零复位控制系统及控制方法。

背景技术

多叶光栅是医用电子直线加速器的关键核心部件，是实现各种现代治疗方式如三维适形放疗、容积调强放疗以及图像引导放疗的基础。其中，3DCRT(3-Dimensional ConformalRadiotherapy，三维适形放疗)能够根据肿瘤的形状确定照射野的形状；IMRT(IntensityModulated Radiotherapy，调强放射治疗)能够根据肿瘤的形状和肿瘤所需要的剂量分布投射剂量，保证向病灶区域投射足够剂量的同时最低限度减少正常组织、器官的投射剂量的目的，在此过程中，多叶光栅制造精度和控制精度对治疗效果有重要的影响。

最初实现对多叶光栅的控制是通过人工摆放叶片的位置形成照射野；后来出现了电动多叶光栅，电动多叶光栅多采用旋转电机驱动齿轮齿条的形式。由于多叶光栅叶片数量的限制，易给适形放疗和调强放疗的精度带来不利影响，导致多叶光栅自动化程度低、使用效果差及维修保养困难等。

医用电子直线加速器在治疗前，需要对所有执行元件进行校零复位的初始化操作。对医用电子直线加速器中多叶光栅的校零复位操作多在机器质量保证过程中进行检测，通过对多叶光栅所形成的射野进行拍片来校准零点的准确性。然而，医用电子直线加速器的质量保证是定期进行的，并非在每次患者治疗前都进行，因此机械设备的长期运行会带来累积误差，机械零点可能并不处于理想位置，对治疗效果有不利影响，有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种不但校零复位精度高、结构简单，而且自动化程度高的多叶光栅的校零复位控制系统。

本发明的另一个目的在于提出一种多叶光栅的校零复位控制方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种多叶光栅的校零复位控制系统，包括：固定的叶片框；直线电机，其中，所述直线电机具有至少一个霍尔传感器，所述至少一个霍尔传感器用于检测所述叶片的位置；设置在所述叶片框中的叶片；连杆，所述连杆的一端与所述直线电机相连，所述连杆的另一端与所述叶片相连；撞块，所述撞块设置在所述叶片上；驱动器，所述驱动器与所述直线电机相连，用于驱动所述直线电机通过所述连杆驱动所述叶片运动；和控制器，所述控制器与所述驱动器相连，用于控制所述驱动器与检测所述驱动器的采样电流，并根据所述采样电流判断所述撞块是否与所述叶片框发生碰撞，以及在发生碰撞时，根据所述叶片的当前位置进行复位。

根据本发明实施例提出的多叶光栅的校零复位控制系统，通过连杆驱动叶片运动，并根据驱动器的采样电流判断撞块是否与叶片框发生碰撞，并且在发生碰撞时，根据叶片的当前位置进行复位，实现多叶光栅的校零复位，机械结构简单，校零复位精度高，自动化程度高，成本低，更好地保证多叶光栅的可靠性，提高用户的使用体验。

另外，根据本发明上述实施例的多叶光栅的校零复位控制系统还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，如果所述采样电流超过预设阈值并持续预设时间，则判断所述撞块与所述叶片框发生碰撞，并根据所述叶片的当前位置进行复位。

进一步地，在本发明的一个实施例中，上述系统还包括：固定的电机框和用于固定的底座。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述叶片框中设置有多条滑动导轨，所述叶片设置在所述多条滑动导轨中。

本发明另一方面实施例提出了一种多叶光栅的校零复位控制方法，包括以下步骤：控制所述直线电机通过连杆驱动叶片框上的叶片运动；检测所述驱动器的采样电流；根据所述采样电流判断所述叶片上的撞块是否与所述叶片框发生碰撞；以及在发生碰撞时，检测所述叶片的位置，并根据所述叶片的当前位置进行复位。

根据本发明实施例提出的多叶光栅的校零复位控制方法，通过连杆驱动叶片运动，并根据驱动器的采样电流判断撞块是否与叶片框发生碰撞，并且在发生碰撞时，根据叶片的当前位置进行复位，实现多叶光栅的校零复位，操作简单便捷，校零复位精度高，自动化程度高，更好地保证多叶光栅的可靠性，提高用户的使用体验。

另外，根据本发明上述实施例的多叶光栅的校零复位控制方法还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，在所述控制所述直线电机通过连杆驱动叶片框上的叶片运动之前，还包括：接收叶片校零复位信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如果所述采样电流超过预设阈值并持续预设时间，则判断所述撞块与所述叶片框发生碰撞，并根据所述叶片的当前位置进行复位。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过霍尔传感器检测所述叶片的位置。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的多叶光栅的校零复位控制系统的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的多叶光栅的校零复位控制系统的结构示意图；

图3为根据本发明另一个实施例的多叶光栅的校零复位控制系统的结构示意图；

图4为根据本发明实施例的多叶光栅的校零复位控制方法的流程图；以及

图5为根据本发明一个实施例的多叶光栅的校零复位控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的多叶光栅的校零复位控制系统及控制方法，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的多叶光栅的校零复位控制系统。参照图1所示，该控制系统1包括：叶片框10、直线电机20、叶片30、连杆40、撞块50、驱动器60和控制器70。

其中，叶片框10固定。直线电机20具有至少一个霍尔传感器21，例如本系统是用于医用而需要双反馈，则直线电机20可以具有双霍尔传感器即两个霍尔传感器，至少一个霍尔传感器21用于检测叶片的位置。叶片30设置在叶片框10中。连杆40的一端与直线电机20相连，连杆40的另一端与叶片30相连。撞块50设置在叶片30上。驱动器60与直线电机20相连，驱动器60用于驱动直线电机20通过连杆40驱动叶片30运动。控制器70与驱动器60相连，控制器70用于控制驱动器60与检测驱动器60的采样电流，并根据采样电流判断撞块50是否与叶片框10发生碰撞，以及在发生碰撞时，根据叶片30的当前位置进行复位。本发明实施例具有机械结构简单，校零复位精度高，自动化程度高及成本低等优点。

具体地，直线电机20具有至少一个霍尔传感器21，霍尔传感器21用于检测直线电机20的位置，直线电机20通过连杆40与叶片30相连，因此通过至少一个霍尔传感器21可以检测叶片30的位置。

进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图2所示，本发明实施例的系统还包括：固定的电机框80和用于固定的底座90。

具体地，参照图2所示，直线电机20安装在电机框80中，叶片30安装在叶片框10中，直线电机20可以通过螺纹与连杆40相连，叶片30可以通过螺纹与连杆40相连，撞块50可以用过铆接与叶片30相连。

进一步地，在本发明的一个实施例中，叶片框10中设置有多条滑动导轨(图中未标示)，叶片30设置在多条滑动导轨中。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如果检测驱动电流超过预设阈值并持续预设时间，则判断撞块50与叶片框10发生碰撞，并根据叶片30的当前位置进行复位。其中，预设阈值也可称为限制，预设阈值和预设时间都可以根据实际情况进行设定。

下面以一个具体实施例进行更详细地赘述。

在本发明的一个具体实施例中，参照图3所示，用户可以通过MLC(Multi-leafCollimator，多叶准直器)控制系统GUI(Graphic User Interface，图形用户界面)100发送叶片校零复位信号至嵌入式控制器200(相当于图2中控制器70)可以通过以太网与上位机相连，即MLC控制系统GUI100通过网线与嵌入式控制器200相连，嵌入式控制器200通过网线与多个电机驱动器(电机驱动器相当于图2中驱动器60)相连，例如图中电机驱动器301、电机驱动器302和电机驱动器303所示，多个电机驱动器分别与相应直线电机电连，例如图中直线电机401、直线电机402和直线电机403所示。

在本发明的实施例中，结合图2与图3，以一个电机驱动器和对应相连的直线电机为例，本发明实施例控制步骤如下：

步骤1：控制器70接收到来自MLC控制系统GUI100的叶片校零复位信号后，控制器70生成校零指令并将校零指令发送至驱动器60，驱动器60驱动直线电机20驱动叶片30运动直至撞块50撞击到叶片框10。

步骤2：控制器70实时检测驱动器60的采样电流，采样电流利用采样电阻测量直流母线上的电流，然后通过扩展的软硬件设计计算得出采样电流；通过检测采样电流值是否超过阈值即预设阈值来判断铆接在叶片30上的撞块50是否撞击到叶片框10，若无撞击到，则返回步骤1；若撞击到叶片框10，则执行步骤3；

步骤3：驱动器60的采样电流超出预设阈值，开启软件定时器进行计数；

步骤4：判断软件计数器是否达到指定时间，相当于检测采样电流超过预设阈值并持续预设时间，若到达指定时间则执行步骤5，若没有到达指定时间，则返回步骤3；

步骤5：定时器计数值满足条件后，记录叶片30当前位置且作为叶片30的零点，同时驱动直线电机20向反方向运动指定距离。

具体地，本发明实施例采用撞块限位和软件控制的方式实现叶片校零，在接收到叶片校零复位信号后，直线电机20驱动叶片30运动直至撞块50撞击到叶片框10，导致驱动器60的采样电流变化，当驱动器60的采样电流变化趋势符合校零复位的条件时，即变化超过阈值且到达指定时间，则利用软件记录此位置为叶片30的零点位置。

在本发明的实施例中，本发明实施例通过检测驱动器的采样电流实现多叶光栅叶片的校零复位，当用于医疗领域时，其优点在于：(1)所使用的机械机构简单，操作方法容易实现，不需要进行拍片实现多叶光栅的校零复位；(2)不需要医用电子直线加速器在定期治疗保证时才能进行多叶光栅的校零复位，可以在每次治疗前或者在开机时进行操作，自动化程度高；(3)利用驱动器的采样电流实现多叶光栅叶片的校零复位精度依靠撞块的加工精度、装配精度以及控制精度，减少拍片等其他环节的影响；(4)若在每次患者治疗前实现多叶光栅的校零复位可以提高治疗的精度，保证治疗过程的安全性和可靠性。

根据本发明实施例提出的多叶光栅的校零复位控制系统，通过连杆驱动叶片运动，并根据驱动器的采样电流判断撞块是否与叶片框发生碰撞，并且在发生碰撞时，根据叶片的当前位置进行复位，实现多叶光栅的校零复位，机械结构简单，校零复位精度高，自动化程度高，成本低，更好地保证多叶光栅的可靠性，提高用户的使用体验。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的多叶光栅的校零复位控制方法。参照图4所示，本发明实施例的方法包括以下步骤：

S401，控制直线电机通过连杆驱动叶片框上的叶片运动。

其中，在本发明的一个实施例中，在控制直线电机通过连杆驱动叶片框上的叶片运动之前，还包括：接收叶片校零复位信号。

S402，检测驱动器的采样电流。

S403，根据采样电流判断叶片上的撞块是否与叶片框发生碰撞。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如果采样电流超过预设阈值并持续预设时间，则判断撞块与叶片框发生碰撞，并根据叶片的当前位置进行复位。其中，预设阈值和预设时间可以根据实际情况进行设定。

S404，在发生碰撞时，检测叶片的位置，并根据叶片的当前位置进行复位。

在本发明的一个实施例中，通过霍尔传感器检测所述叶片的位置。其中，霍尔传感器可以为多个。

在本发明的一个具体实施例中，参照图5所示，本发明实施例的方法包括以下步骤：

S501，开始。

S502，等待校零指令。

等待校零指令可以指等待接收叶片校零复位信号。

S503，驱动双霍尔位置检测的直线电机运动。

即言，控制直线电机通过连杆驱动叶片框上的叶片运动。其中，直线电机可以具有多个霍尔传感器，例如两个，通过霍尔传感器检测直线电机的位置检测叶片的位置。

S504，判断电流是否超出限制与撞块是否撞击叶片框。如果是，则进入步骤S505；如果否，则返回步骤S503。

其中，电流为驱动器的采样电流。

S505，采用软件定时记录超出时间。

S506，判断是否达到指定时间。如果是，则进入步骤S507；如果否，则返回步骤S505。

具体地，如果采样电流超过预设阈值即限制，并持续预设时间即达到指定时间，则判断撞块与叶片框发生碰撞。

S507，将叶片退后指定距离，且记录此时撞击点为零点。

S508，结束。

此时，通过霍尔传感器检测叶片的位置，记录叶片的当前位置且作为叶片的零点，同时驱动直线电机向反方向运动指定距离。

需要说明的是，本发明实施例的方法的具体实现方式与系统部分的具体实现方式类似，为了减少冗余，此处不做详细赘述。

根据本发明实施例提出的多叶光栅的校零复位控制方法，通过连杆驱动叶片运动，并根据驱动器的采样电流判断撞块是否与叶片框发生碰撞，并且在发生碰撞时，根据叶片的当前位置进行复位，实现多叶光栅的校零复位，操作简单便捷，校零复位精度高，自动化程度高，更好地保证多叶光栅的可靠性，提高用户的使用体验。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种多叶光栅的校零复位控制系统，其特征在于，包括：

固定的叶片框；

直线电机，其中，所述直线电机具有至少一个霍尔传感器，所述至少一个霍尔传感器用于检测所述叶片的位置；

设置在所述叶片框中的叶片；

连杆，所述连杆的一端与所述直线电机相连，所述连杆的另一端与所述叶片相连；

撞块，所述撞块设置在所述叶片上；

驱动器，所述驱动器与所述直线电机相连，用于驱动所述直线电机通过所述连杆驱动所述叶片运动；和

控制器，所述控制器与所述驱动器相连，用于控制所述驱动器与检测所述驱动器的采样电流，并根据所述采样电流判断所述撞块是否与所述叶片框发生碰撞，以及在发生碰撞时，根据所述叶片的当前位置进行复位。

2.根据权利要求1所述的多叶光栅的校零复位控制系统，其特征在于，如果所述采样电流超过预设阈值并持续预设时间，则判断所述撞块与所述叶片框发生碰撞，并根据所述叶片的当前位置进行复位。

3.根据权利要求1所述的多叶光栅的校零复位控制系统，其特征在于，还包括：固定的电机框和用于固定的底座。

4.根据权利要求1所述的多叶光栅的校零复位控制系统，其特征在于，所述叶片框中设置有多条滑动导轨，所述叶片设置在所述多条滑动导轨中。

5.一种多叶光栅的校零复位控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制所述直线电机通过连杆驱动叶片框上的叶片运动；

检测驱动器的采样电流；

根据所述采样电流判断所述叶片上的撞块是否与所述叶片框发生碰撞；以及

在发生碰撞时，检测所述叶片的位置，并根据所述叶片的当前位置进行复位。

6.根据权利要求5所述的多叶光栅的校零复位方法，其特征在于，在所述控制所述直线电机通过连杆驱动叶片框上的叶片运动之前，还包括：接收叶片校零复位信号。

7.根据权利要求5所述的多叶光栅的校零复位方法，其特征在于，如果所述采样电流超过预设阈值并持续预设时间，则判断所述撞块与所述叶片框发生碰撞，并根据所述叶片的当前位置进行复位。

8.根据权利要求5所述的叶片光栅的校零复位方法，其特征在于，通过霍尔传感器检测所述叶片的位置。